کتاب بهرام

اسیدهای آمینه (Amino Acids)

اسیدهای آمینه (Amino Acids) مولکول‌های بنیادی (Fundamental Molecules) هستند که پروتئین‌ها (Proteins) را تشکیل می‌دهند و نقش‌های حیاتی در بدن موجودات زنده (Living Organisms) ایفا می‌کنند. در ادامه به بررسی ساختار، انواع، عملکرد و اهمیت اسیدهای آمینه می‌پردازیم.

1. ساختار اسیدهای آمینه

هر اسید آمینه از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• گروه آمینی (Amino Group): شامل یک نیتروژن (Nitrogen) و دو هیدروژن (Hydrogen) است.
• گروه کربوکسیل (Carboxyl Group): شامل یک کربن (Carbon)، دو اکسیژن (Oxygen) و یک هیدروژن است.
• زنجیره جانبی (Side Chain): این بخش خاص هر اسید آمینه است و ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آن را تعیین می‌کند.

چندین نظریه دربارهٔ منشأ مولکول‌های کوچکی که باعث آغاز حیات در زمین اولیه شدند، وجود دارد. بر اساس این نظریه‌ها، این مولکول‌های کوچک ممکن است از طریق شهاب‌سنگ‌های مارکیسون به زمین آمده یا در چاه‌های گرمابی در عمق دریاها یا به دلیل آزمایش میلر–یوری به واسطهٔ برخورد رعد و برق در اتمسفر اولیهٔ زمین شکل گرفته باشند.

داده‌های تجربی کمی دربارهٔ نخستین مولکول‌های «خودتکثیرکننده» وجود دارد. به عنوان مثال، آر ان ای می‌تواند اولین مولکول خودتکرارکننده باشد، زیرا قادر است به طور همزمان اطلاعات ژنتیکی را ذخیره کرده و واکنش‌های شیمیایی را فعال کند (بر اساس فرضیه دنیای آر ان ای).

سردترین نقطه‌ی ممکن در جهان، که به آن صفر کلوین یا حداقل صفر مطلق نیز گفته می‌شود، در حدود ۲۷۳٫۱۵۱۵ درجهٔ سانتیگراد منفی (حدود −273.15 درجه سانتیگراد) قرار دارد. این دما به عنوان دمای صفر مطلق شناخته می‌شود، که نقطه‌ای است که جسم در آن دارای انرژی حرکتی حداقل ممکن (صفر مطلق) است.

به دلیل وجود این حداقل دما، نمی‌توان دمایی سردتر از این را در جهان تصور کرد، زیرا این دما بازتابی از ویژگی‌های فیزیکی و مکانیک کوانتومی جسم‌هاست که در حالت صفر مطلق، جسم دیگر هیچ انرژی حرکتی فراهم نمی‌کند.

 دمای صفر مطلق به عنوان یک حد مهم در فیزیک شناخته شده است که نمایانگر حالتی است که جسم دیگر هیچ انرژی حرکتی اضافی ندارد و مولکول‌های آن در کمال استحاله و بی‌حرکت هستند. دمای صفر مطلق برابر با تقریباً -273.15 درجه سانتیگراد است و در کلوین‌ها به صورت 0 K نمایش داده می‌شود.

اصل ارشمیدس (Archimedes's Principle) یک اصل اساسی در فیزیک است که توسط دانشمند یونانی، ارشمیدس، بیان شده است. این اصل بیان می‌کند که نیروی شناوری که بر یک جسم درون یک مایع یا گاز اعمال می‌شود، برابر با وزن مایعی است که جایگزین شده است به دلیل حجم جسمی که در مایع فرو می‌رود. به عبارت دیگر، هر جسمی که در یک محیط مایع یا گاز فرو می‌رود، نیرویی را به سمت بالا ایجاد می‌کند که برابر با وزن مایعی است که توسط جسم از محیط جابه‌جا شده است.

برای مثال، اگر یک ظرف را لب به لب با آب پر کنید و سپس یک سنگ در آن بیندازید، وزن آبی که به علت ورود سنگ از ظرف خارج می‌شود، برابر با نیروی شناوری است که از سوی آب به سنگ اعمال می‌شود.

این اصل مهم برای توضیح پدیده‌هایی مانند شناوری اشیاء در آب، عملکرد کشتی‌ها، برکسرها و سایر اجسام در مایعات و گازها استفاده می‌شود و بر اساس تفاوت چگالی جسم و مایع کار می‌کند.

 اینجا چند مثال برای اصل ارشمیدس که در زندگی روزمره و فیزیک مورد استفاده قرار می‌گیرند:

خلق‌الساعه (Spontaneous generation) در فلسفه به معنای ظهور ماده زنده به طور خودبخودی است. این نظریه اولین بار توسط ارسطو مطرح شد که فرایند خودتولیدی جانداران از ماده غیرزنده را توصیف کرد. تعدادی از دانشمندان از زمان ارسطو تا ون هلمونت به این نظریه پایبند بودند، اما در نهایت، فرانچسکو ردی با انجام آزمایش‌های علمی موضوع را رد کرد.

اصطلاح خلق‌الساعه حداقل از زمان ارسطو که در سال‌های ۳۸۴ تا ۳۲۲ قبل از میلاد بود، به کار برده می‌شد. علما به طور رسمی نظریه خلق‌الساعه را رد کرده‌اند.

در قرن هفدهم، دانشمند ایتالیایی به نام فرانچسکو ردی تلاش کرد با استفاده از روش‌های علمی نظریه خلق‌الساعه را انکار کند:

ردی که یک پزشک و دانشمند بود، تصمیم گرفت تا بررسی کند آیا مگس‌ها می‌توانند بدون حضور مگس‌های دیگر ظاهر شوند یا خیر. او ابتدا گوشتی را در هوای آزاد قرار داد.

مواد آلی و مواد غیر آلی تفاوت‌های مهمی دارند:

1. ترکیب شیمیایی:
- مواد آلی: این مواد شامل کربن هستند و معمولاً شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و عناصر دیگری می‌شوند.
- مواد غیر آلی: این مواد عمدتاً شامل عناصر مانند فلزات (مانند آهن، آلومینیوم، سیلیسیم و غیره) و ترکیبات معدنی هستند که اکثراً شامل کربن نیستند.

2. واکنش‌پذیری:
- مواد آلی: این مواد معمولاً واکنش‌پذیرترند و می‌توانند با فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی پیوندهای شیمیایی بسیار پیچیده‌ای بسازند.
- مواد غیر آلی: این مواد در بسیاری از موارد کمتر واکنش‌پذیر هستند و معمولاً تحت شرایط شیمیایی سخت تر به تغییر و تبدیل می‌پذیرند.

3. وجود در طبیعت:
- مواد آلی: این مواد اساساً در موجودات زنده یافت می‌شوند و بخش اساسی از ساختار و فعالیت زیستی هستند.

هرم غذایی و زنجیره‌ی غذایی هر دو مفاهیمی در زمینهٔ تغذیه و ارتباطات غذایی هستند، اما مفاهیم مختلفی را نشان می‌دهند.

هرم غذایی:
هرم غذایی یک نمایش گرافیکی است که مصرف مواد غذایی مختلف را به صورت سلسله‌مراتبی نشان می‌دهد. این هرم بر اساس تقسیم بندی مواد غذایی به گروه‌های مختلف مانند غلات، میوه‌ها و سبزیجات، منابع پروتئینی، لبنیات و چربی‌ها ساخته می‌شود. هدف اصلی این نمایش، تشویق افراد به مصرف متنوع و متعادل مواد غذایی مختلف و ارائه الگوی تغذیه‌ی سالم است.

زنجیره‌ی غذایی:
زنجیره‌ی غذایی به توالی انتقال مواد غذایی از سطح پایین‌تر (مانند گیاهان) به سطح بالاتر (مانند حیوانات گیاه‌خوار و یا حیوانات شکاری) و در نهایت به انسان‌ها را نشان می‌دهد. این فرایند شامل تغذیه‌ی گیاه‌خواران توسط گیاهان، تغذیه‌ی گوشت‌خواران توسط گیاه‌خواران و یا حیوانات شکاری توسط گوشت‌خواران و غیره است. زنجیره‌ی غذایی نشان می‌دهد چگونه انرژی و مواد غذایی از یک مرحله به مرحله دیگر در طبیعت منتقل می‌شود.

پیدایش آب در زمین یکی از موضوعات پیچیده و جذاب در علم زمین‌شناسی و نجوم است. آب موجود در زمین ممکن است از چندین منبع و از طریق فرآیندهای مختلف به وجود آمده باشد. در اینجا به توضیح کامل‌تر درباره این موضوع می‌پردازیم:

1. منشأ داخلی (Internal Origin)

تکامل سیاره‌ای (Planetary Accretion)
در مراحل اولیه شکل‌گیری زمین، مواد مختلفی شامل سنگ‌ها و مواد معدنی از فضای بین‌سیاره‌ای تجمع یافتند. بسیاری از این مواد معدنی حاوی هیدروژن و اکسیژن بودند که در اثر شرایط حرارتی و فشار بالا تبدیل به آب شدند. فرآیندهای داخلی زمین‌شناسی، مانند فعالیت‌های آتشفشانی، باعث آزاد شدن بخار آب و دیگر گازها به اتمسفر اولیه زمین شدند.

گاززدایی (Degassing)
در مراحل اولیه شکل‌گیری زمین، مواد مذاب درونی (مانتل یا گوشته) حاوی مقدار زیادی از آب و دیگر مواد فرار بودند. این مواد از طریق گاززدایی و فعالیت‌های آتشفشانی به سطح زمین و اتمسفر اولیه آزاد شدند. بخار آب موجود در اتمسفر پس از سرد شدن زمین به صورت باران به سطح زمین بازگشت و اقیانوس‌ها را تشکیل داد.

2. منشأ خارجی (External Origin)

بمباران شهاب‌سنگی (Asteroid Bombardment)

موجودات زنده به طور کلی به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند: تک‌سلولی و چندسلولی.

1. موجودات یک‌سلولی: این موجودات فقط از یک سلول تشکیل شده‌اند. این سلول‌ها می‌توانند باکتری‌ها یا پروتوزوآها (مانند آمیبای آبزی) باشند. آنها کلیه فعالیت‌های ضروری برای زندگی را در یک سلول انجام می‌دهند، از جمله متابولیسم، رشد، تکثیر و پاسخ به محیط.

2. موجودات چندسلولی: این موجودات از بیش از یک سلول ساخته شده‌اند و به شکل سازماندهی‌تری عمل می‌کنند. این شامل حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها و بسیاری از گونه‌های دیگر می‌شود. در این موجودات، سلول‌ها وظایف خاصی را بر عهده دارند و با همکاری و هماهنگی، برای حفظ وظایف حیاتی این موجود کار می‌کنند.

به طور کلی، تقسیمات بیشتری نیز بر اساس ویژگی‌های زیستی مانند نوع تغذیه، ساختمان سلولی، روش تولید، و تعاملات اجتماعی می‌توان انجام داد، اما تقسیم بندی بین یک‌سلولی و چندسلولی اولیه‌ترین تقسیم‌بندی در مورد موجودات زنده است.